CN107611315A - 一种电池隔膜的pdvf涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，旨在提供一种具有能够在不影响隔膜表面改性的前提下，降低涂覆层对离子通透的阻碍，提高电池能量密度的优点的电池隔膜的PDVF涂覆方法，其技术方案要点是将雾化后带有PVDF颗粒的雾滴喷涂或甩覆在电池隔膜基层表面，将其烘干形成若干个点状沉积，并构成改性层。这种PVDF的涂覆方法能够达到降低其与隔膜之间的相互作用，减小离子在此界面迁徙时的阻力。有利于电池电导率的提高，降低了改性层对电池充放性能的影响，同时降低凝胶层对离子电导率的影响，减少改性层和隔膜吸收液平衡的时间，增加电池整体的电导率，以提高隔膜和电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池隔膜制造方法领域，具体涉及一种电池隔膜的PDVF涂覆方法。
背景技术
电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。
电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。
隔膜表面改性是提高电池隔膜的性能的一种重要方式，常见的方法位表面涂覆法。表面涂覆法主要是通过涂覆或在表面沉积一层薄的功能膜，以实现隔膜的改性，提高电池隔膜的性能。涂覆层的组成、厚度、形态对改性隔膜的电化学性质有很大的影响，从而影响到电池的性能。
现市场上通用的隔膜改性工艺采用陶瓷粉或PVDF或混合涂料，通常运用轴辊挤压式涂覆、刮刀式涂覆或浸润式涂覆等涂覆方式将PVDF涂料涂覆在电池隔膜表面。
PVDF即聚偏氟乙烯，外观为半透明或白色粉体或颗粒，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能。将PVDF涂料涂覆在电池隔膜表面能够极大程度上提高电池隔膜的性能。
目前，公开号为CN102487131A的中国专利公开了一种多层电池隔离膜及其制造方法，其中公开了一种多层电池隔离膜的制造方法，其主要步骤为：提供一聚乙烯孔隙膜；以及以湿式法将一孔隙耐热层涂布于该聚乙烯孔隙膜上，以形成一复合膜， 其中该孔隙耐热层是择自下列所组成的族群：重量比90/10-40/60的聚偏二氟乙烯/纤维素、重量比99/1-85/15的聚偏二氟乙烯/聚乙二醇、聚酰亚胺、以及前述的组合。
这种涂覆方式是在隔膜的表面整层涂覆形成致密的改性层。这种致密涂覆在隔膜表面的改性层能够在一定程度上起到改性的作用，但仍然存在较多问题：其一，涂覆改性层吸收电解液后往往形成凝胶层，凝胶层的离子电导率明显低于电解液，造成改性隔膜吸液平衡的时间延长，电导率下降。
其二，涂覆层与隔膜间弱的相互作用，增加了离子在此界面迁移的阻力，也不利于电导率的提高，同时影响了电池的充放电性能，降低电池能量密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池隔膜PDVF涂覆方法，其具有能够在不影响隔膜表面改性的前提下，降低涂覆层对离子通透的阻碍，提高电池能量密度的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，包括以下步骤:
S1：提供一可收卷的电池隔膜基层；
S2：准备若干PVDF颗粒，并加入适量水，形成PVDF颗粒悬浮液；
S3：将PVDF颗粒悬浮液雾化形成携带PVDF颗粒的雾滴，并将雾滴喷涂或甩覆在电池隔膜基层表面；
S4：往复拉动电池隔膜基层使其匀速或变速行走，并使雾滴涂覆整个电池隔膜基层表面；
S5：以适当温度烘干电池隔膜基层，去除电池隔膜基层表面雾滴中的水分，使PVDF颗粒沉积于电池隔膜基层表面，形成若干个致密的点状沉积，若干个点状沉积均匀分散在隔膜表面形成改性层；
S6：将电池隔膜基层翻转，重复S3～S5，得到电池隔膜成品。
通过采用上述技术方案，通过喷涂或甩覆的方式将PVDF颗粒悬浮液分散涂覆在电池隔膜基层的表面，可以通过非接触式喷涂的方法在隔膜的表面形成功能膜，已完成隔膜表面的改性。相对于传统的涂覆方式，通过这种涂覆方法形成的改性层具有以下优点：
首先，通过这种涂覆方法形成改性层，由于PVDF颗粒通过液体作为载体，涂覆完成后将液体烘干，只留下若干个PVDF颗粒形成的点状沉积构成改性层。点状沉积之间会留有小的间隙，相对于传统的涂覆层，这种改性层能够达到降低其与隔膜之间的相互作用，减小离子在此界面迁徙时的阻力。如此有利于电导率的提高，降低了改性层对电池充放性能的影响，以提高电池的能量密度。
其次，相对于传统涂覆层，以这种方式形成的改性层不容易在吸收电解液后产生凝胶层，降低凝胶层对离子电导率的影响，减少改性层和隔膜吸收液平衡的时间，增加电池整体的电导率，以提高隔膜和电池的性能。
进一步设置：所述S4中电池隔膜基层沿着或背向其收卷方向往复行走。
通过采用上述技术方案，电池隔膜基层沿着或背向其收卷方向往复行走，可以通过层层涂覆的方式将PVDF颗粒喷涂在电池隔膜基层表面，避免交叉涂覆，以免造成同一位置的重复喷涂，能够以此控制PVDF颗粒的喷涂密度和点状沉积的密度。
进一步设置：所述S4中电池隔膜基层匀速行走，若干个点状沉积整齐均匀分布在电池隔膜基层表面，点状沉积两两之间间距相同。
通过采用上述技术方案，通过电池隔膜基层的匀速行走以及喷涂速度的控制，可以控制点状沉积之间的间距，使各个点状沉积之间的间距相同。如此可以使隔膜表面任意位置的性能相近或相同，以达到所需的使用要求。
进一步设置：所述S4中电池隔膜基层变速行走，若干个点状沉积散乱分布在电池隔膜基层表面，点状沉积两两之间间距不同。
通过采用上述技术方案，对隔膜有特殊的使用要求，需要隔膜表面各处性能不同时，可以通过控制电池隔膜基层的行走速度以及喷涂的速率，来控制隔膜表面各个位置点状沉积的数量和密度，以达到使用要求。
进一步设置：所述S3中喷涂或甩覆方向与水平面构成30°～90°之间的锐角或直角。
进一步设置：所述S2中PVDF颗粒的直径大小为102～103nm。
通过采用上述技术方案，直径在102～103nm之间的PVDF颗粒更容易在水中形成悬浮液，直径大于此区间则会形成沉淀，直径小于此区间则形成胶体。
进一步设置：所述S5中烘干温度为40℃～80℃。
通过采用上述技术方案，由于电池隔膜基层一般由PP、PE材料制成，其耐高温程度一般在100℃以上，而烘干温度低于40℃，则烘干效率较低，若高于80℃，则成本较高，且容易达到电池隔膜的闭孔温度，对电池隔膜基层造成损坏，因此将烘干温度控制在40℃～80℃之间较为合适。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
能够在隔膜表面形成若干个点状沉积构成的改性层，能够达到降低其与隔膜之间的相互作用，减小离子在此界面迁徙时的阻力。如此有利于电导率的提高，降低了改性层对电池充放性能的影响，以提高电池的能量密度。
这种改性层不容易在吸收电解液后产生凝胶层，能够降低凝胶层对离子电导率的影响，减少改性层和隔膜吸收液平衡的时间，增加电池整体的电导率，以进一步提高隔膜和电池的性能。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是实施例1中涂覆时的模拟效果图；
图2是实施例1中涂覆完成后形成点状沉积的模拟效果图；
图3是图2中点状沉积的放大示意图。
图中，1、电池隔膜基层；2、点状沉积。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
实施例1：一种电池隔膜的PVDF涂覆方法，其包括以下步骤：
如图1所示，准备一张可收卷的电池隔膜基层1，并将其平铺。
再准备若干PVDF颗粒，PVDF颗粒的直径在102～103nm之间。然后在PVDF颗粒中加入适量水，形成PVDF颗粒悬浮液。
将PVDF颗粒悬浮液加入超声雾化器中，形成若干携带PVDF颗粒的雾滴，并通过雾化喷嘴将雾滴朝向电池隔膜基层1表面喷涂，或将雾滴甩向电池隔膜基层1表面。如此以非接触式喷涂的方法将PVDF颗粒向电池隔膜表面喷涂。
喷涂过程中，需要将电池隔膜基层1拉动，使其沿着收卷的方向往复行走，使雾滴沿平行的直线逐渐覆盖整个电池隔膜基层1的表面。通过控制喷涂的速率，配合电池隔膜基层1的行走速率，就能根据需要，使雾滴整齐均匀留在电池隔膜基层1表面或散乱分布在电池隔膜基层1表面。
喷涂过程中，喷头与电池隔膜基层1所在平面之间垂直或构成30°～90°之间的锐角，如此能使喷涂后PVDF颗粒沉积形成点状沉积2的角度、大小和形状相近，使电池隔膜各部分的性能更为均匀。
PVDF悬浮液形成的雾滴覆盖整个电池隔膜基层1表面后，通过提高温度的方式烘干电池隔膜，去除雾滴中的水分，雾滴中含有的PVDF颗粒沉积在电池隔膜基层1表面，如图2和图3所示，形成若干个致密分布的形状大小相似或相同的点状沉积2并构成改性层。
烘干时采用的温度为40℃～80℃，若高于80℃，一方面成本较高，另一方面容易达到电池隔膜的闭孔温度，对电池隔膜基层1造成损坏；若低于40℃则烘干效果不佳。
烘干完成后，将电池隔膜基层1翻转，再重复上述步骤，最终得到电池隔膜成品。
当电池隔膜基层1的行走速率及喷头喷出雾滴的速率始终处于恒定状态时，形成的若干个点状沉积2整齐均匀覆盖在电池隔膜基层1表面，相邻点状沉积2两两之间间距相同。如此可以使整张电池隔膜的各个部分的性能相近或相同，以便于控制电池的生产质量。
当电池隔膜基层1的行走速率或喷头喷出雾滴的速率处于变化状态时，形成的若干个点状沉积2散乱分布在电池隔膜基层1表面，相邻点状沉积2两两之间间距不同。如此可以使整张电池隔膜的各个部分性能不一，以满足特殊的工艺要求。
相对于传统的改性层涂覆方式，若干个点状沉积2构成的改性层，由于点状沉积2之间会留有小的间隙，相能够降低这种改性层与隔膜之间的相互作用，减小离子在此界面迁徙时的阻力。如此有利于电导率的提高，降低了改性层对电池充放性能的影响。
同时，这种改性层不容易在吸收电解液后产生凝胶层，降低凝胶层对离子电导率的影响，减少改性层和隔膜吸收液平衡的时间，增加电池整体的电导率，以提高隔膜和电池的性能。
以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供一可收卷的电池隔膜基层(1)；
S2：准备若干PVDF颗粒，并加入适量水，形成PVDF颗粒悬浮液；
S3：将PVDF颗粒悬浮液雾化形成携带PVDF颗粒的雾滴，并将雾滴喷涂或甩覆在电池隔膜基层(1)表面；
S4：往复拉动电池隔膜基层(1)使其匀速或变速行走，并使雾滴涂覆整个电池隔膜基层(1)表面；
S5：以适当温度烘干电池隔膜基层(1)，去除电池隔膜基层(1)表面雾滴中的水分，使PVDF颗粒沉积于电池隔膜基层(1)表面，形成若干个致密的点状沉积（2），若干个点状沉积（2）均匀分散在隔膜表面形成改性层；
S6：将电池隔膜基层(1)翻转，重复S3～S5，得到电池隔膜成品。
2.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于：所述S4中电池隔膜基层(1)沿着或背向其收卷方向往复行走。
3.根据权利要求2所述的一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于：所述S4中电池隔膜基层(1)匀速行走，若干个点状沉积（2）整齐均匀分布在电池隔膜基层(1)表面，点状沉积（2）两两之间间距相同。
4.根据权利要求2所述的一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于：所述S4中电池隔膜基层(1)变速行走，若干个点状沉积（2）散乱分布在电池隔膜基层(1)表面，点状沉积（2）两两之间间距不同。
5.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于：所述S3中喷涂或甩覆方向与水平面构成30°～90°之间的锐角或直角。
6.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于：所述S2中PVDF颗粒的直径大小为102～103nm。
7.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的PDVF涂覆方法，其特征在于：所述S5中烘干温度为40℃～80℃。
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